CN109519209A - 一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法及装置 - Google Patents
一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109519209A CN109519209A CN201811253190.2A CN201811253190A CN109519209A CN 109519209 A CN109519209 A CN 109519209A CN 201811253190 A CN201811253190 A CN 201811253190A CN 109519209 A CN109519209 A CN 109519209A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- drilling
- coal seam
- chlorine
- agent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 121
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 65
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 49
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims abstract description 48
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 68
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 62
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 18
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 claims description 15
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 claims description 15
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 12
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 claims description 9
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 claims description 9
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 claims description 9
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 7
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 7
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 7
- 239000001828 Gelatine Substances 0.000 claims description 6
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 230000008961 swelling Effects 0.000 claims description 6
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 5
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 4
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 claims description 3
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 claims description 3
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical group [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 3
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 3
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 claims description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 3
- IMNMWKFKHDPTSB-UHFFFAOYSA-N silicic acid zirconium Chemical compound [Zr].[Si](O)(O)(O)O IMNMWKFKHDPTSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 103
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 5
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 2
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- AAELHWDCDSZXGG-UHFFFAOYSA-L [Na+].[Cl+].[Cl-].[Cl-] Chemical compound [Na+].[Cl+].[Cl-].[Cl-] AAELHWDCDSZXGG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical class O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F7/00—Methods or devices for drawing- off gases with or without subsequent use of the gas for any purpose
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
- E21B43/261—Separate steps of (1) cementing, plugging or consolidating and (2) fracturing or attacking the formation
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
- E21B43/267—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures reinforcing fractures by propping
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)
Abstract
本发明公开了一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法，该方法的具体步骤为：在煤层上利用钻机形成钻孔；用封孔材料对所述钻孔进行封孔，对所述封孔后的钻孔进行加固；采用高压输液泵向所述加固后的钻孔注入混合压裂液，并控制所述高压输液泵的注液压力为20‑40MPa，使所述煤层在所述混合压裂液的作用下形成裂隙网；将抽采管下放到钻孔内的封孔管中，对煤层瓦斯进行泄压抽采；对煤层抽采瓦斯之后，通过专用设备及管网向仍存有瓦斯的煤层中注入高于大气压的氯气，通过氯气与瓦斯混合后的气体化学反应，来改变瓦斯的性质以降低或消除其可爆性。本发明提供的煤层压裂方法，压裂效果好，安全性高。
Description
技术领域
本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体为一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法及装置。
背景技术
根据煤矿瓦斯治理十二字方针，我国从强化瓦斯综合治理，鼓励瓦斯治理新技术的应用等方面给予极大的政策支持。
穿层钻孔预抽瓦斯是煤与瓦斯突出矿井防治煤巷掘进及采面回采时突出的主要措施，也是高瓦斯煤层降低煤层瓦斯涌出量，解决采掘过程中瓦斯超限的常用方法。如何增大钻孔的影响范围，提高钻孔的预抽效果，一直是人们十分期望解决的问题。国内外采用的方法不少，密集钻孔抽放、水力冲孔、扩大钻孔直径等是其中有效的手段，但是大量试验和理论研究表明，随着煤层开采深度的增加，地应力不断增大，煤层渗透率随之减小，从而导致密集钻孔抽放、水力冲孔方法因泄压面积有限而抽采效率不高。另外，施工大直径钻孔面临着垮孔严重、排渣困难、有效孔段长度短以及钻机负荷急剧增大等技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法，该方法的具体步骤为：
S1、在煤层上利用钻机形成钻孔；
其中，采用钻孔设备在煤层上施工钻孔，并且钻孔设备位于巷道内，在采用钻孔设备在煤层上钻孔时，需要从巷帮向煤层打孔；
S2、用封孔材料对所述钻孔进行封孔，对所述封孔后的钻孔进行加固；
其中，为避免向钻孔注入液体的时候，液体从操作端流出，采用封孔装置对钻孔进行封孔，封孔材料可以为水泥砂浆、木楔黄泥或聚氨酯泡沫。
S3、采用高压输液泵向所述加固后的钻孔注入混合压裂液，并控制所述高压输液泵的注液压力为20-40MPa，使所述煤层在所述混合压裂液的作用下形成裂隙网；
S4、将抽采管下放到钻孔内的封孔管中，对煤层瓦斯进行泄压抽采；
S5、对煤层抽采瓦斯之后，通过专用设备及管网向仍存有瓦斯的煤层中注入高于大气压的氯气，通过氯气与瓦斯混合后的气体化学反应，来改变瓦斯的性质以降低或消除其可爆性。
进一步的，抽气点与注气点之间若有距离时，可先在煤层中建立瓦斯抽气，以形成氯气定向驱赶瓦斯的气流通道，若将该距离视为一段通道的话，则可通过设备及管阀系统形成闭环回路，对瓦斯进行氯化反应处理。
进一步的，可通过管阀系统，定时互换注气点与抽气点。
进一步的，所述混合压裂液包括压裂液、支撑剂和静态压裂剂，所述静态压裂剂包括外壳和包裹在所述外壳内的静态破碎剂，所述压裂液用于压裂所述煤层以在所述煤层中形成裂隙，使所述支撑剂和所述静态压裂剂进入所述裂隙，所述支撑剂用于支撑所述裂隙，所述静态压裂剂用于在所述外壳水解后将所述静态破碎剂释放到所述裂隙中，以使所述静态破碎剂吸水膨胀，扩展所述裂隙形成所述裂隙网。
进一步的，所述外壳为明胶外壳，所述明胶为水溶性明胶、改性明胶或水溶性明胶聚合物。
进一步的，所述静态破碎剂为氧化钙系静态破碎剂、氧化镁系静态破碎剂或硅酸盐系静态破碎剂。
进一步的，所述压裂液为氯化钾盐水、活性水、低阻活性水、煤层水或清洁压裂液，所述支撑剂为硅酸铝系支撑剂、铝矾土系支撑剂或硅酸锆系支撑剂。
一种提高煤矿瓦斯抽采效果的装置，包括抽气装置、氯气发生装置、气体压缩机装置、储气罐及监测系统、管网系统、化学反应装置、管道功能互换装置以及废气化学回收系统，其中氯气发生装置可以直接用氯化钠产生氯气，也可以是将液氯转化为氯气。
进一步的，所述化学反应装置中采用催化剂及各种光照、加热、超声波、微波、同位素辐射的一种或多种组合的化学催化方式以加快反应。
进一步的，可采用内外管同心的双通道管，使注气与抽气设置在同一钻孔内。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1)、本发明通过在煤层上施工钻孔，并用封孔材料对上述钻孔进行封孔，进而向上述封孔后的钻孔注入混合压裂液，以使上述煤层在上述混合压裂液的作用下形成裂隙网，其中，上述混合压裂液包括压裂液、支撑剂和静态压裂剂；上述静态压裂剂包括外壳和包裹在上述外壳内的静态破碎剂；上述压裂液用于压裂上述煤层以在上述煤层中形成裂隙，使上述支撑剂和上述静态压裂剂进入上述裂隙；上述支撑剂用于支撑上述裂隙；上述静态压裂剂用于在上述外壳水解后将上述静态破碎剂释放到上述裂隙中，以使上述静态破碎剂吸水膨胀，扩展上述裂隙形成上述裂隙网。这样，通过压裂液压裂煤层，形成裂隙，支撑剂支撑裂隙，静态破裂剂扩展裂隙形成裂隙网，不仅能够增加裂隙网的存在时间，提高压裂效果，而且安全性较高。
2)、本发明通过专用设备及管网向仍存有瓦斯的煤层中注入高于大气压的氯气，通过氯气与瓦斯的混合气体化学氯代反应，来改变瓦斯的性质以降低或消除其可爆性，在本发明化学反应系统中，是将待处理的煤层既看作“虚拟瓦斯储存罐”同时又是系统中的“虚拟管道”，为了使氯气能够驱逐、捕捉煤层中的瓦斯又不致于泄出煤层，可先在煤层中建立瓦斯抽气，以形成氯气定向驱赶瓦斯的气流通道，在氯气向煤层的注入点与瓦斯抽气点不是同一钻孔的情况下，可通过设备及管阀系统形成的闭环回路来反反复复地对煤层中的瓦斯进行氯化反应处理，还可通过管阀系统，定时互换注气点与抽气点，使煤层内压力及温度均发生正、负交替变化，促进煤层中剩余瓦斯加快释放，以便缩短化学治理时间，在结束化学处理之前，应再用抽气机将煤层中的各种化合气体尽量抽出，以减少遗害，抽出的气体通过分离、浓缩可提取出化工产品。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法的流程图；
图2为应用本发明提供的煤层压裂方法形成的封孔后的钻孔的示意图；
图3为本发明一种提高煤矿瓦斯抽采效果的装置的结构示意图；
图4为本发明一种提高煤矿瓦斯抽采效果的装置中化学反应装置内部组合催化方式示意图。
图中：1、封孔后的钻孔，2、封孔材料，3、管路，4、高压输液泵，5、瓦斯真空泵，6、氯气发生器，7、空气压缩机，8、化学反应装置，9、管网互换装置，10、瓦斯储罐，11、混合气储罐，12、检测传感器，13、管网，14、废气化学回收装置，15、化学催化反应器，16、光照催化，17、微波催化，18、超声催化，19、同心双通道管道，20、化工产品。各类阀门均在括号中作排序。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1-图2所示，一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法，该方法的具体步骤为：
S1、在煤层上利用钻机形成钻孔；
其中，采用钻孔设备在煤层上施工钻孔，并且钻孔设备位于巷道内，在采用钻孔设备在煤层上钻孔时，需要从巷帮向煤层打孔；
S2、用封孔材料对所述钻孔进行封孔，对所述封孔后的钻孔进行加固；
其中，为避免向钻孔注入液体的时候，液体从操作端流出，采用封孔装置对钻孔进行封孔，封孔材料可以为水泥砂浆、木楔黄泥或聚氨酯泡沫。
S3、采用高压输液泵向所述加固后的钻孔注入混合压裂液，并控制所述高压输液泵的注液压力为20-40MPa，使所述煤层在所述混合压裂液的作用下形成裂隙网；
其中，上述混合压裂液包括压裂液、支撑剂和静态压裂剂；上述静态压裂剂包括外壳和包裹在上述外壳内的静态破碎剂；上述压裂液用于压裂上述煤层以在上述煤层中形成裂隙，使上述支撑剂和上述静态压裂剂进入上述裂隙；上述支撑剂用于支撑上述裂隙；上述静态压裂剂用于在上述外壳水解后将上述静态破碎剂释放到上述裂隙中，以使上述静态破碎剂吸水膨胀，扩展上述裂隙形成上述裂隙网。
具体地，采用高压输液泵向封孔后的钻孔注入混合压裂液。且在向封孔后的钻孔1注入混合压裂液的过程中，控制高压输液泵4的注液压力为20-40MPa。
此外，压裂液可以为水基压裂液体。例如，压裂液为氯化钾盐水、活性水、低阻活性水、煤层水或清洁压裂液。
支撑剂为具有一定粒度和级配的天然砂或人造高强度陶瓷颗粒。本实施例中，支撑剂为酸铝系支撑剂、铝矾土系支撑剂或硅酸锆系支撑剂。
需要说明的是，静态压裂剂外壳具有缓慢吸水、膨胀软化的性质。本实施例中，静态压裂剂外壳为明胶外壳，且该明胶为水溶性明胶、改性明胶或水溶性明胶聚合物。
静态破碎剂则是指具有高膨胀性能的非爆破性破碎用粉状材料。本实施例中，静态破碎剂为氧化钙系静态破碎剂、氧化镁系静态破碎剂或硅酸盐系静态破碎剂。
具体地，当高压输液泵4将混合压裂液以大于煤层吸收能力的压力注入到封孔后的钻孔1时，混合压裂液的注入使封孔后的钻孔内1内的压力逐渐升高，当封孔后的钻孔1内的压力大于孔壁附近的地应力和地层岩石的抗张强度时，压裂液压裂煤层1，煤层1上形成裂隙，此时，支撑剂和静态压裂剂进入裂隙，支撑剂支撑在裂隙中，防止裂隙在地应力的作用下闭合，而静态压裂剂的外壳则缓慢吸水、膨胀软化、进而水解，当外壳水解后，静态压裂剂将包裹在上述外壳内的静态破碎剂释放在裂隙中，这样，静态破裂剂暴露在混合压裂液中，静态破碎剂吸水膨胀，进一步压裂裂隙，使上述裂隙扩展，这样，通过压裂液和静态压裂剂的反复作用，使上述裂隙形成发育程度好的裂隙网。
S4、将抽采管下放到钻孔内的封孔管中，对煤层瓦斯进行泄压抽采；
S5、对煤层抽采瓦斯之后，通过专用设备及管网向仍存有瓦斯的煤层中注入高于大气压的氯气，通过氯气与瓦斯混合后的气体化学反应，来改变瓦斯的性质以降低或消除其可爆性。
其中，抽气点与注气点之间若有距离时，可先在煤层中建立瓦斯抽气，以形成氯气定向驱赶瓦斯的气流通道，若将该距离视为一段通道的话，则可通过设备及管阀系统形成闭环回路，对瓦斯进行氯化反应处理。
需要说明的是，可通过管阀系统，定时互换注气点与抽气点。
本发明提供的煤层压裂方法，通过在煤层上施工钻孔，并用封孔材料对上述钻孔进行封孔，进而向上述封孔后的钻孔注入混合压裂液，以使上述煤层在上述混合压裂液的作用下形成裂隙网，其中，上述混合压裂液包括压裂液、支撑剂和静态压裂剂；上述静态压裂剂包括外壳和包裹在上述外壳内的静态破碎剂；上述压裂液用于压裂上述煤层以在上述煤层中形成裂隙，使上述支撑剂和上述静态压裂剂进入上述裂隙；上述支撑剂用于支撑上述裂隙；上述静态压裂剂用于在上述外壳水解后将上述静态破碎剂释放到上述裂隙中，以使上述静态破碎剂吸水膨胀，扩展上述裂隙形成上述裂隙网。这样，通过压裂液压裂煤层，形成裂隙，支撑剂支撑裂隙，静态破裂剂扩展裂隙形成裂隙网，不仅能够增加裂隙网的存在时间，提高压裂效果，而且安全性较高。
参阅图3-图4所示，一种提高煤矿瓦斯抽采效果的装置，包括抽气装置、氯气发生装置、气体压缩机装置、储气罐及监测系统、管网系统、化学反应装置、管道功能互换装置以及废气化学回收系统，其中氯气发生装置可以直接用氯化钠产生氯气，也可以是将液氯转化为氯气。
其中，所述化学反应装置中采用催化剂及各种光照、加热、超声波、微波、同位素辐射的一种或多种组合的化学催化方式以加快反应。
需要说明的是，可采用内外管同心的双通道管，使注气与抽气设置在同一钻孔内。
具体地，将阀门4关闭，原瓦斯治理的抽气系统处于正常工作状态，即煤层中瓦斯自B抽气点经阀门3、2(此时2与3处于连通状态)、瓦斯真空泵1、及阀门1进行抽气。当真空度降至一定时，新法可考虑投入使用。
步骤一，首先将除瓦斯真空泵以外的所有机器设备处于待机状态，作好开机准备。步骤二，关闭阀门4，8，9，13。打开阀门1，2，3，5，6，7，10，11， 12并开启氯气发生器6及启动压缩机7。此时，氯气经混合储气罐11、压缩机及管道互换装置9注入煤层点A(或B)。步骤三，当设置在B(或A)点检测到氯气或氯化物，则可减低注气流量，关闭阀门1，10，打开阀门4，8，9，启动化学反应装置8。此时，氯气、甲烷等的混合气则由混合储气罐11经压缩机7、化学反应装置8及管道互换装置9注入煤层A点。步骤四，可定时地启动管道互换装置9的电控装置，实现A、B点的功能互换。步骤五，当点B(或A)检测到微量三氯甲烷成分时，则氯气发生器6停止工作并关闭阀5，但步骤四仍执行。步骤六，经过一段时间之后，压缩机7及反应装置8停止工作，关闭阀门6，7，8，9。步骤七，打开阀门13，启动废气化学回收装置14，将抽排出的各种气体进行化工处理。
本发明通过化学处理的方法进行瓦斯灾害治理，并提供此方法的相关专用设备。本化学防治法的特征在于对煤层抽取瓦斯之后，通过专用设备及管网向仍存有瓦斯的煤层中注入高于大气压的氯气，通过氯气与瓦斯的混合气体化学氯代反应，来改变瓦斯的性质以降低或消除其可爆性。在本发明化学反应系统中，是将待处理的煤层既看作“虚拟瓦斯储存罐”同时又是系统中的“虚拟管道”，为了使氯气能够驱逐、捕捉煤层中的瓦斯又不致于泄出煤层，可先在煤层中建立瓦斯抽气，以形成氯气定向驱赶瓦斯的气流通道。在氯气向煤层的注入点与瓦斯抽气点不是同一钻孔的情况下，可通过设备及管阀系统形成的闭环回路来反反复复地对煤层中的瓦斯进行氯化反应处理。还可通过管阀系统，定时互换注气点与抽气点，使煤层内压力及温度均发生正、负交替变化，促进煤层中剩余瓦斯加快释放，以便缩短化学治理时间。在结束化学处理之前，应再用抽气机将煤层中的各种化合气体尽量抽出，以减少遗害，抽出的气体通过分离、浓缩可提取出化工产品。专用设备则主要包括抽气装置、氯气发生装置、气体压缩机装置、储气罐及监测系统、管网系统，其次还包括化学反应装置、管道功能互换装置、废气化学回收系统等所构成。其中氯气发生装置可以用氯化钠产生氯气或直接将液氯转化为氯气；抽气装置可由化学气体真空泵承担；化学气体压缩机装置则可以完成氯气的压力调节与注入管网；监测系统则为各种装置的调控提供各种数据采集。仅注入氯气的化学反应是微乎其微的。可增设化学反应装置，该装置除了普通化学催化反应外，可采用各种光照、加热、超声波、微波同位素辐射中的一种或多种组合催化方式以加快反应。反应装置的温度较高，为提高效能，一些设备与管网需采用隔热及保温处理。设备制造除了地面使用的固定式以外，还可以制造成移动式或撬装式，以方便在井下巷道中运输及使用。凡在井下应用的上述移动装备，其设计、生产制造都必须严格按隔爆要求并符合《煤矿安全规程》的规定。对于小片局部煤层，若在巷道中沿煤层走向横向钻孔，也可以采用同心内外双通道管道形式，在一个钻孔内设置注气与抽气，这样，可以减少对煤层的钻孔作业，同时也可以对部分处理工艺作简化处理。化学回收装置可以将化学处理后的“废气”分离、浓缩、等提取工艺转化为化工产品(如盐酸、二氯甲烷等)。
终上所述，本发明通过在煤层上施工钻孔，并用封孔材料对上述钻孔进行封孔，进而向上述封孔后的钻孔注入混合压裂液，以使上述煤层在上述混合压裂液的作用下形成裂隙网，其中，上述混合压裂液包括压裂液、支撑剂和静态压裂剂；上述静态压裂剂包括外壳和包裹在上述外壳内的静态破碎剂；上述压裂液用于压裂上述煤层以在上述煤层中形成裂隙，使上述支撑剂和上述静态压裂剂进入上述裂隙；上述支撑剂用于支撑上述裂隙；上述静态压裂剂用于在上述外壳水解后将上述静态破碎剂释放到上述裂隙中，以使上述静态破碎剂吸水膨胀，扩展上述裂隙形成上述裂隙网。这样，通过压裂液压裂煤层，形成裂隙，支撑剂支撑裂隙，静态破裂剂扩展裂隙形成裂隙网，不仅能够增加裂隙网的存在时间，提高压裂效果，而且安全性较高。通过专用设备及管网向仍存有瓦斯的煤层中注入高于大气压的氯气，通过氯气与瓦斯的混合气体化学氯代反应，来改变瓦斯的性质以降低或消除其可爆性，在本发明化学反应系统中，是将待处理的煤层既看作“虚拟瓦斯储存罐”同时又是系统中的“虚拟管道”，为了使氯气能够驱逐、捕捉煤层中的瓦斯又不致于泄出煤层，可先在煤层中建立瓦斯抽气，以形成氯气定向驱赶瓦斯的气流通道，在氯气向煤层的注入点与瓦斯抽气点不是同一钻孔的情况下，可通过设备及管阀系统形成的闭环回路来反反复复地对煤层中的瓦斯进行氯化反应处理，还可通过管阀系统，定时互换注气点与抽气点，使煤层内压力及温度均发生正、负交替变化，促进煤层中剩余瓦斯加快释放，以便缩短化学治理时间，在结束化学处理之前，应再用抽气机将煤层中的各种化合气体尽量抽出，以减少遗害，抽出的气体通过分离、浓缩可提取出化工产品。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法，其特征在于：该方法的具体步骤为：
S1、在煤层上利用钻机形成钻孔；
其中，采用钻孔设备在煤层上施工钻孔，并且钻孔设备位于巷道内，在采用钻孔设备在煤层上钻孔时，需要从巷帮向煤层打孔；
S2、用封孔材料对所述钻孔进行封孔，对所述封孔后的钻孔进行加固；
其中，为避免向钻孔注入液体的时候，液体从操作端流出，采用封孔装置对钻孔进行封孔，封孔材料可以为水泥砂浆、木楔黄泥或聚氨酯泡沫，
S3、采用高压输液泵向所述加固后的钻孔注入混合压裂液，并控制所述高压输液泵的注液压力为20-40MPa，使所述煤层在所述混合压裂液的作用下形成裂隙网；
S4、将抽采管下放到钻孔内的封孔管中，对煤层瓦斯进行泄压抽采；
S5、对煤层抽采瓦斯之后，通过专用设备及管网向仍存有瓦斯的煤层中注入高于大气压的氯气，通过氯气与瓦斯混合后的气体化学反应，来改变瓦斯的性质以降低或消除其可爆性。
2.根据权利要求1所述的一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法，其特征在于：抽气点与注气点之间若有距离时，可先在煤层中建立瓦斯抽气，以形成氯气定向驱赶瓦斯的气流通道，若将该距离视为一段通道的话，则可通过设备及管阀系统形成闭环回路，对瓦斯进行氯化反应处理。
3.根据权利要求2所述的一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法，其特征在于：可通过管阀系统，定时互换注气点与抽气点。
4.根据权利要求1所述的一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法，其特征在于：所述混合压裂液包括压裂液、支撑剂和静态压裂剂，所述静态压裂剂包括外壳和包裹在所述外壳内的静态破碎剂，所述压裂液用于压裂所述煤层以在所述煤层中形成裂隙，使所述支撑剂和所述静态压裂剂进入所述裂隙，所述支撑剂用于支撑所述裂隙，所述静态压裂剂用于在所述外壳水解后将所述静态破碎剂释放到所述裂隙中，以使所述静态破碎剂吸水膨胀，扩展所述裂隙形成所述裂隙网。
5.根据权利要求5所述的一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法，其特征在于：所述外壳为明胶外壳，所述明胶为水溶性明胶、改性明胶或水溶性明胶聚合物。
6.根据权利要求4所述的一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法，其特征在于：所述静态破碎剂为氧化钙系静态破碎剂、氧化镁系静态破碎剂或硅酸盐系静态破碎剂。
7.根据权利要求4所述的一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法，其特征在于：所述压裂液为氯化钾盐水、活性水、低阻活性水、煤层水或清洁压裂液，所述支撑剂为硅酸铝系支撑剂、铝矾土系支撑剂或硅酸锆系支撑剂。
8.一种提高煤矿瓦斯抽采效果的装置，其特征在于：包括抽气装置、氯气发生装置、气体压缩机装置、储气罐及监测系统、管网系统、化学反应装置、管道功能互换装置以及废气化学回收系统，其中氯气发生装置可以直接用氯化钠产生氯气，也可以是将液氯转化为氯气。
9.根据权利要求8所述的一种提高煤矿瓦斯抽采效果的装置，其特征在于：所述化学反应装置中采用催化剂及各种光照、加热、超声波、微波、同位素辐射的一种或多种组合的化学催化方式以加快反应。
10.根据权利要求8所述的一种提高煤矿瓦斯抽采效果的装置，其特征在于：可采用内外管同心的双通道管，使注气与抽气设置在同一钻孔内。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811253190.2A CN109519209A (zh) | 2018-10-25 | 2018-10-25 | 一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811253190.2A CN109519209A (zh) | 2018-10-25 | 2018-10-25 | 一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109519209A true CN109519209A (zh) | 2019-03-26 |
Family
ID=65772631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811253190.2A Pending CN109519209A (zh) | 2018-10-25 | 2018-10-25 | 一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109519209A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110259427A (zh) * | 2019-07-10 | 2019-09-20 | 河南理工大学 | 水力压裂液、瓦斯抽采系统及瓦斯抽采方法 |
| CN110566172A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-12-13 | 太原理工大学 | 一种高压火电厂烟气压裂煤层的方法 |
| CN113445980A (zh) * | 2021-07-08 | 2021-09-28 | 徐州工程学院 | 一种强化地面钻井水力压裂增透效果的方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101074607A (zh) * | 2007-05-15 | 2007-11-21 | 颜曙光 | 一种瓦斯灾害的化学防治方法及其专用设备 |
| CN106223923A (zh) * | 2016-10-17 | 2016-12-14 | 平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司 | 煤层压裂方法 |
| CN108180002A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-19 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种煤矿井下煤层水力压-割耦合增透方法 |
| CN207660594U (zh) * | 2017-11-07 | 2018-07-27 | 河南理工大学 | 用于提高煤矿井下水力压裂增透增产效果的装置 |
| CN108361010A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-08-03 | 安徽理工大学 | 一种高瓦斯煤层“十”字型水力压裂增透方法 |
| CN108361061A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-08-03 | 河南理工大学 | 低渗煤层电爆震及微波辅助液氮冻融增透装置及方法 |
| CN207829872U (zh) * | 2017-07-10 | 2018-09-07 | 河南理工大学 | 封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置 |
-
2018
- 2018-10-25 CN CN201811253190.2A patent/CN109519209A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101074607A (zh) * | 2007-05-15 | 2007-11-21 | 颜曙光 | 一种瓦斯灾害的化学防治方法及其专用设备 |
| CN106223923A (zh) * | 2016-10-17 | 2016-12-14 | 平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司 | 煤层压裂方法 |
| CN207829872U (zh) * | 2017-07-10 | 2018-09-07 | 河南理工大学 | 封孔、水力压裂及瓦斯抽采一体化施工装置 |
| CN207660594U (zh) * | 2017-11-07 | 2018-07-27 | 河南理工大学 | 用于提高煤矿井下水力压裂增透增产效果的装置 |
| CN108180002A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-19 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种煤矿井下煤层水力压-割耦合增透方法 |
| CN108361010A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-08-03 | 安徽理工大学 | 一种高瓦斯煤层“十”字型水力压裂增透方法 |
| CN108361061A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-08-03 | 河南理工大学 | 低渗煤层电爆震及微波辅助液氮冻融增透装置及方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110259427A (zh) * | 2019-07-10 | 2019-09-20 | 河南理工大学 | 水力压裂液、瓦斯抽采系统及瓦斯抽采方法 |
| CN110566172A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-12-13 | 太原理工大学 | 一种高压火电厂烟气压裂煤层的方法 |
| CN113445980A (zh) * | 2021-07-08 | 2021-09-28 | 徐州工程学院 | 一种强化地面钻井水力压裂增透效果的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109519209A (zh) | 一种提高煤矿瓦斯抽采效果的压裂方法及装置 | |
| CN104066812A (zh) | 利用原位氮气生成的致密气增产 | |
| CN103114871A (zh) | 一种利用微波加热煤层的抽采装置及方法 | |
| MX2015001302A (es) | Micro apuntalantes para estimulacion de campo lejano. | |
| WO2016112759A1 (zh) | 一种钻孔内热驱替式强化抽采方法 | |
| US20230130169A1 (en) | Fracturing Hot Rock | |
| CN106894799B (zh) | 一种利用超临界二氧化碳驱替煤层瓦斯的装置及方法 | |
| CN107905844A (zh) | 盐矿老腔全采动空间注气排卤方法 | |
| CN203891922U (zh) | 用于煤层中瓦斯的高效抽采系统 | |
| CN106223923B (zh) | 煤层压裂方法 | |
| CN102996159A (zh) | 一种瓦斯抽采钻孔多相介质封堵装置及方法 | |
| CN103089195A (zh) | 枯竭式油气藏建造地下储气库老井封堵方法 | |
| CN104005748B (zh) | 用于页岩气低渗透油气藏开采的静态爆破压裂方法 | |
| US20200362679A1 (en) | Sandstone stimulation using in-situ mud acid generation | |
| CN105114116A (zh) | 一种水热耦合压裂强化区域瓦斯抽采方法 | |
| CN108678721A (zh) | 可移动式水力压裂和注浆封孔一体化装置及其施工方法 | |
| CN113958365A (zh) | 短长壁间断充填开采协同碱基固废co2封存系统及方法 | |
| CN104963670A (zh) | 一种用于井下煤层钻孔的孔内体积膨胀增透的方法 | |
| CN107387049A (zh) | 重复压裂方法及系统 | |
| CN108547617B (zh) | 一种静力破岩柔性套筒装药法 | |
| CN208456572U (zh) | 可移动式水力压裂和注浆封孔一体化装置 | |
| CN110924900A (zh) | 一种水力-液氮复合均匀压裂煤体的方法 | |
| CN106050200B (zh) | 一种向低渗油藏注高压空气氧化裂解驱油方法 | |
| CN105003294B (zh) | 一种基于水热耦合压裂煤体石门揭煤方法 | |
| CN108756883A (zh) | 一种煤矿坚硬顶板注浆压裂方法及系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190326 |